108年公務人員高等考試三級考試試題
類 科：核子工程 科 目：工程熱力學
考試時間： 2 小時 座號：
※注意： 可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：27020 頁次：2－1
一、回答下列問題：（每小題 6 分，共 18 分）
熵增原理之表述為何？
何謂卡諾循環？
渦輪機之等熵效率之定義為何？
二、試說明凱爾文－普朗克敘述及其意義。（12 分）
三、10 kg、500 K、300 kPa（狀態 1）的氧氣進行由下面三個過程所建構的 循環：1→2 等溫（isothermal）過程膨脹至 100 kPa；2→3：等壓過程；
3→1：可逆且絕熱的壓縮過程。試求狀態 3 之容積和溫度以及循環之淨 功與淨熱傳量。（20 分）
（氧氣的 R=0.2589 kJ/kg K、Cp=0.922 kJ/kg K、Cv=0.662 kJ/kg K、k=1.393）
四、氬氣在 1600 kPa 與 450℃以 55 m/s 的速度穩定地進入一絕熱的渦輪機，
並在 150 kPa 以 150 m/s 的速度離開。渦輪機的入口面積為 60 cm2。若 渦輪機的輸出功率為 190 kW，試求氬氣的出口溫度。（20 分）
（氬氣的 R=0.2081 kJ/kg K、Cp=0.52 kJ/kg K、Cv=0.312 kJ/kg K）
代號：27020 頁次：2－2
五、燃氣輪機所排出之氣體可用來作為蒸汽鍋爐的熱源，燃氣輪機之工作流 體為空氣，而蒸汽循環則為基本朗肯循環（Rankine cycle）。燃氣輪機依 照布瑞登循環（Brayton cycle）運轉，空氣進入壓縮機之溫度為 15℃、壓 力為 100 kPa。壓縮機是由燃氣輪機帶動，其壓力比為 6，且空氣進入燃 氣輪機內之溫度為 800℃。再將燃氣輪機所排出之氣體進入熱朗肯循環
（reheating Rankine cycle）動力廠，蒸汽質量流率為 2 kg/s，蒸汽進入蒸 汽渦輪機之情況為 3 MPa、300℃，蒸汽離開蒸汽渦輪機之壓力為 10 kPa。
試求若氣體離開鍋爐之溫度為 200℃，假設液態水的比容為 0.001 m3/kg，
試依空氣標準分析求：（已知空氣的 Cp=1.005 kJ/kg K，Cv=0.718 kJ/kg K）
（每小題 10 分，共 30 分）
空氣之流量。
總功率輸出。
理論循環熱效率。
已知：
P(kPa) T(℃) h(kJ/kg) s(kJ/kg K) 3000 300 2993.48 6.5389
參數名稱 P(kPa) hf(kJ/kg) hg(kJ/kg) sf(kJ/kg K) sg(kJ/kg K)
數值 10 41.99 2519.74 0.1510 8.9007
